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Cambio Climático

Un concentrador solar más barato

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Una nueva guía de luz óptica combina la alta eficiencia con el bajo coste.

  • por Tyler Hamilton | traducido por Claudia Taurel
  • 20 Febrero, 2009

Nicolás Morgan levanta un pedazo cuadrado acrílico transparente y moldeado, de alrededor de un centímetro de grosor, e ilumina la luz de una pequeña linterna directamente sobre su superficie chata. Un haz verde entra en el acrílico y dobla hacia el centro del cuadrado. Morgan repite este proceso sobre diferentes puntos de la superficie y, cada vez, el haz se mueve rápidamente al centro.

El componente acrílico llamado Light-Guide Solar Optic (LSO) – óptica solar de guía de luz – es un nuevo tipo de concentrador solar que podría reducir el coste de generar electricidad a partir del sol. A diferencia de los diseños que existen actualmente, no hay necesidad de espejos, ópticas complejas o sustancias químicas para atrapar y manipular la luz. “Es pura óptica geomética”, declara Morgan, director de desarrollo de negocios en Morgan Solar, cuya sede principal se encuentra en Toronto (Canadá).

Los concentradores solares han surgido en los últimos años como una manera de intensificar la cantidad de luz solar que llega a las celdas solares, que son la parte más cara de los paneles solares. Para lograr que la energía solar sea menos costosa, los ingenieros han tratado de utilizar menos material de celda solar al concentrar la luz del sol sobre superficies mucho más pequeñas.

Sin embargo, este enfoque tiene sus propios desafíos. La mayoría de los concentradores tienden a ser sistemas complejos que utilizan lentes especiales, espejos curvos y otros componentes ópticos con una distancia focal distinta a cero. Esto significa que debe existir suficiente distancia -una brecha de aire- entre la celda solar y la óptica para poder enfocarla luz apropiadamente. Como resultado, los sistemas basados en el concentrador están empaquetados generalmente en estructuras muy grandes, con suficiente profundidad para acomodar la distancia focal y proteger todos los componentes durante su transporte. Esto se traduce en mayores costes de material y ensamblaje y también de transporte.

Hace dos años, a John Paul Morgan, el hermano de Nicolás, se le ocurrió crear un sistema de concentrador solar de estado sólido que consiste en una óptica chata y delgada de material acrílico que atrapa la luz y la guía hacia su centro. En el centro de este concentrador se encuentra una óptica redonda secundaria de vidrio. Ésta tiene un fondo chato y convexo y la parte superior tiene espejos, por lo que la óptica recibe la luz entrante a una concentración de alrededor de 50 soles y lo amplifica a casi 1.000 soles antes de doblar la luz a través de un ángulo de noventa grados.

A diferencia de otros concentradores, la luz no deja la óptica antes de pegar una celda solar sino que una celda de alta eficiencia -del tamaño de la uña de un bebe- está unida directamente al centro del fondo de la óptica de vidrio, donde absorbe la luz doblada hacia abajo. No existe una brecha de aire y no existen posibilidades de que los componentes frágiles se desplacen fuera de su alineación.

“Se trata de controlar exhaustivamente los ángulos una vez que la luz llega a la primera óptica”, explica Nicolás Morgan. El diseño se aprovecha de un fenómeno denominado reflexión interna total, que es el ángulo en el que un haz de luz que está dentro de un material óptico se reflejará de nuevo dentro del material en lugar de escapar.

El truco consiste en moldear el acrílico de tal manera que doble la luz en una cierta dirección cuando ingresa a la primera óptica. Debe asegurar que la luz mantenga ese ángulo para evitar que se escape, y luego la guía a la óptica de vidrio en el centro. La precisión es crucial, no solo en el diseño de la óptica, sino también en la creación de los moldes para producirlos en masa.

La empresa espera que las primeras versiones comerciales del sistema se fabriquen con obleas acrílicas de alrededor de 20 centímetros, cuadradas, con una óptica secundaria de vidrio que tenga un diámetro de unos cinco centímetros.

Ray LaPierre, profesor de física para ingenieros en la Universidad McMaster de Ontario (Canadá) y experto en celdas solares de alta eficiencia, vio el prototipo LSO de Mogan Solar por primera vez en diciembre en una conferencia solar en Canadá y se fue muy impresionado. “Su diseño es realmente novedoso, físicamente sólido, puede fabricarse de manera económica y tiene muchas posibilidades de revolucionar la tecnología de los concentradores”, comenta LaPierre.

Pero como otros concentradores PV, la tecnología de Morgan Solar todavía necesita un sistema de rastreo para mantener el aparato mirando al sol. Los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han eliminado la necesidad de rastreadores al desarrollar un recubrimiento de tintura especial que puede absorber la luz difusa.Con todo, la tecnología de Morgan Solar está cerca de salir al mercado. Nicolás Morgan señala que los rastreadores de la actualidad son precisos, seguros y añaden un coste “marginal” para lograr un 44% más de potencia. Todavía hay que tomar añgunas decisiones de negocios y de ingeniería, pero Morgan espera que la empresa pueda construir su sistema por menos de un dólar por vatio para 2011, “y con algo de integración vertical, considerablemente menos”, añade Morgan. Esto lograría un producto cercano al 30% de eficiencia a costes competitivos con film delgado.

“Creo que se debe insistir en este concepto”, argumenta Roland Winston, profesor de ingeniería, y experto en la óptica non-imaging en la Universidad de California (Estados Unidos). Sin embargo, Winston cuestiona el uso de material acrílico como concentrador: “No se ha demostrado si se puede utilizar el acrílico por mucho tiempo, especialmente bajo condiciones de luz solar concentrada”, explica el profesor.

John Paul Morgan afirma que esa es la razón por la que están utilizando tanto el acrílico como el vidrio en su sistema. La empresa ha limitado intencionalmente las concentraciones en la parte acrílica a 50 soles y hace que la óptica de vidrio más pequeña haga el trabajo más pesado. “Queremos que este sistema dure 25 años, así que estamos intentando des-estresar el material”, comenta. “Una vez demostrado que podemos exigirle más al acrílico, vamos a reducir la óptica de vidrio”.

Ya hay proyectos piloto planificados para 2009 que probarán el concentrador en el terreno. La empresa espera poder comenzar su producción comercial en 2010.

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